안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀은 무엇에 의해 생기는건가요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.블랙홀이 어떻게 생기는 지는 아직 정확하게 관측된 사실이 없습니다. 그래서 가설을 세우고 계산을 통해 이론적으로 생기는 과정을 유추할 수 있습니다. 블랙홀은 태양 질량의 수백배가 되는 별의 죽음으로 생성될 수 있으며, 애초에 우주에 있는 별, 성간물질이나 가스가 응축하여 만들어질 수 있습니다.별의 죽음으로 생기는 원리는, 거대한 별은 중력이 강합니다. 그래서 별이 살아 있을 때에는 핵융합 반응을 통해 열이 발생돼 별의 자체적인 중력과 평형을 이루며 별의 형태를 유지할 수 있습니다. 하지만 별이 죽게되면서 더 이상 핵융합 반응을 못하고 결국 자체 중력을 이기지 못하고 별이 붕괴하여 블랙홀이 되는것이죠.애초에 우주에 있는 성간물질이나 가스가 응축하면서 만들어진 블랙홀은 물질이 뭉쳐 자체적으로 강한 중력을 이길만한 열, 에너지를 만들지 못하고 붕괴되어 블랙홀이 되는것입니다.별은 핵융합 과정을 통해 빛과 에너지를 발합니다. 별이 핵융합 반응을 더 이상 할 수 없게 되면 온도가 서서히 떨어지며 자체적인 중력에 수축을 시작합니다. 그리고 수축하면서 마찰에 의해 열이 올라 더 무거운 원자들이 핵 융합 반응을 하게 되죠. 즉, 남은 에너지를 사용하는 것입니다. 그리고 핵 융합에 의해 다시 뜨거워진 별은 다시 팽창합니다. 그래서 백색거성, 적색 거성 등등의 거성이 되는 것이죠. 이러한 거성의 핵융합 반응이 끝나면 또다시 내부에는 무거운 원자들이 남게 되면서 식게 되고 중력에 의한 수축이 일어납니다. 그리고 수축에 의해 다시 뜨거워지죠. 그런데, 이 때는 무거운 원소들만 남아 핵융합 과정이 잘 일어나지 않기 때문에 더욱 빠르고 강한 수축으로 온도가 급격히 올라갑니다. 그리고 온도가 어느정도 오르게 되면 남아 있는 무거운 원자들의 핵융합 반응이 빠르게 일어납니다. 이 때 발생한 열에너지로 원자핵을 제외한 물질이 별을 떠나 날아가게 되는데, 이러한 폭발을 초신성 폭발이라고합니다. 그리고 초신성 폭발 후 남은 원자핵은 질량에 따라 중성자별이 되거나 블랙홀이 될 수 있습니다. 거대한 질량이 별이 죽음으로써 식어 강한 중력에 의해 수축하기 시작합니다. 그리고 거대한 질량 때문에 강한 중력을 행사하는데, 이 중력은 축퇴압을 뛰어넘어 붕괴되며 블랙홀이 됩니다. 여기서 말하는 축퇴압이란 중성자(스핀 1/2)는 페르미온(fermion)으로 양자역학에서 파울리 베타 원리에 따라 같은 상태를 가지지 못합니다. 즉, 중성자 별 내에서 중력 위치에너지에 따라 다른 에너지와 다른 스핀 상태를 가지고 있어야 합니다. 하지만, 별의 강한 중력은 축퇴압을 깨 중성자 별 내에 중성자들이 같은 상태가 되버리며 붕괴해 블랙홀이 되는 것이죠.
지구과학·천문우주
Q. 지금이대로 라면 지구는 얼마까지 버틸수있나요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.지구는 대략 45억년 전부터 빙하기 간빙기의 주기를 겪어오며 현재까지 잘 존재해오고 있습니다.지구 행성의 수명은 태양계 내의 별인 태양의 폭발 시기 까지라고 예상할 수 있습니다. 태양의 현재 나이는 46억년으로 예상하고 있습니다. 그리고 태양의 수명은 대략 100억년으로 예상하고 있는데, 54억년 뒤에 태양이 죽음에 다다르게되면 적색거성이 되며 팽창하다가 일부는 성운이 되고 핵은 백색 왜성이 됩니다. 이 때 태양이 팽창하며 여러 행성에게 영향을 주기 때문에 이 때가 행성의 마지막이라고 볼 수 있겠습니다.물론, 이전에 다른 소행성이나 어떠한 천체가 날아와 지구와 충돌하면 더 빠른 죽음을 맞이할 수 있습니다.또한, 인류의 문제는 다릅니다. 인류의 종말은 언제 어느시점이 될지 가늠이 어렵습니다. 과거부터 많은 예측과 예언이 있었지만 결코 맞은 것이 잘 없죠. 인류는 발전하기 때문에 인류의 끝은 감히 예견하기 어렵습니다.
지구과학·천문우주
Q. 태풍의 방향이 결정되는 원인은 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍의 경로는 지역의 기압차, 온도차에 의한 바람의 방향 영향을 받습니다. 중위도에서는 편서풍이 불어 태풍이 동쪽으로 휘는데 항상 동쪽으로 휘는것은 아닙니다. 중위도에서는 대부분 편서풍이 불지만, 기압차에 의햐 동에서 서로 바람이 불때도 있고, 북에서 남으로 바람이 불때도 존재합니다. 그래서 태풍은 바람이 부는방향을 따라 이동하기 때문에 중국으로 상륙하는 경우도 있고 일본으로 휘어져 가는 경우도 존재합니다.
기계공학
Q. 공업수학 함수 f(x)에 대한 Fourier 변환을 구하는 문제에서 빈칸에 들어갈 내용이 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.이 문제도 앞선 문제처럼 exp^(iw'x)를 곱하여 적분(-무한대
지구과학·천문우주
Q. 지구과학 용어 중에 대륙지각이 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.대륙지각은 지구의 가장 표면(겉 껍질)에 위치한 부분입니다. 지구는 내핵 외핵 멘틀 지각순으로 되어있는데, 지각은 대륙지각과 해양지각으로 나뉩니다. 해양지각은 바다바로 밑부분에 위치한 땅이라고 생각하시면 됩니다. 대륙지각은 우리가 걸어다닐 수 있는 땅이라고 이해하면 쉽습니다.